交流電気機器用超伝導線材とその集合導体及びコイルの統合的設計手法の研究

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11305022
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Research Institution: Yokohama National University
• Principal Investigator: 塚本 修巳 横浜国立大学, 工学部, 教授 (30017975)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 福井 聡 新潟大学, 工学部, 助教授 (70293199) ; 雨宮 尚之 横浜国立大学, 工学部, 助教授 (10222697)
• Keywords: 高温超伝導 / 交流損失 / ビスマス系銀シース線材 / イットリウム系線材 / 交流通電損失 / 交流損失解析モデル

Research Abstract

本研究は,高温超伝導応用機器の早期実用化を目指し,超伝導体及び線材の電磁気的現象に着目することにより交流損失の大幅な低減に向けた研究を行うことを目的としている.具体的には,現在長尺線材化が最も進んでいるBi系銀シース高温超伝導線材に主たる焦点をあて,線材から,複数の線材を集合した集合導体,多くの機器での最終使用形態であるコイルまでをそれぞれの構造を関連付けて,統合的に設計し交流損失を現状より1桁以上低減するための方策を得ることを目指し研究を行う.
本年度の研究の成果の概要は以下のとおりである.
I)線材テープ面内電流分布の測定 線材の交流通電損失は線材,断面内の臨界電流分布に大きく依存することを解析結果より得ている.これに基づきY系テープ線材の通電損失特性を測定し,その後,テープ面を線材長さ方向にスリットを入れ分割し各部の臨界電流密度を測定し,解析結果を比較した.その結果,解析結果は実測結果を良く説明できることが分かった.
II)直流,交流印加磁界下での交流損失測定 Bi系/銀シース線材およびY系線材について直流磁界下で,交流通電損失の周波数依存性を測定した.その結果従来の理論では説明できない周波依存性が見られた.
III)通電損失解析モデル 上記II)の測定結果を説明する解析モデルを作った.この解析モデルに基づくとBi系線材の通電損失はE-J特性のn値が小さいことにより説明でき,また,Y系線材では渦電流損失の項を導入することで説明ができることがわかった.
IV)有限要素法を用いた全損失解析モデル線材が機器内で用いられることを想定し方向の異なる磁界を加えた場合について交流損失を有限要素法を用いて解析した.実験データと解析データは定性的に一致し,今後解析モデル改良のための知見を得た.

Research Products

• [Publications] O.Tsukamoto: "Study on Frequency of AC Transport Current Losses in HTS Tapes"Presented at ICEC18. (2000)
• [Publications] O.Tsukamoto: "Study on Relation between AC Characteristics and Critical Current Distribution in YBCO Tape"Presented at MT-16. (2000)
• [Publications] O.Tsukamoto: "Dependence of AC transport current losses of HTS wires on their structures and synthesizing processes"IEEE Trans. on Applied Superconductivity. 9・2. 1181-1184 (1999)
• [Publications] 石井 禎人: "高温超伝導集合体の交流通電損失5本一層配置について"低温工学超伝導学会講演概要集. 60. 208 (1999)
• [Publications] K.Miyamoto: "Measurement and FEM analysis of magnetization loss in HTS tapes"IEEE Trans. on Applied Superconductivity. 9・2. 770-773 (1999)
• [Publications] N.Banno: "Numerical analysis of AC loss in high Tc twisted tape carrying AC transport current in external AC magnetic field -Effect of twisting on loss reduction-"IEEE Trans. on Applied Superconductivity. 9・2. 2561-2564 (1999)